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Oct 13, 2023

colágeno híbrido

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 13365 (2023) Citar este artículo 287 Accesos 1 Detalles de Altmetric Metrics La contaminación del agua por tintes sintéticos y derrames de petróleo tiene un impacto significativo en la

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 13365 (2023) Citar este artículo

287 Accesos

1 altmétrica

Detalles de métricas

La contaminación del agua por tintes sintéticos y derrames de petróleo tiene un impacto significativo en el medio ambiente y las especies vivas. Aquí, desarrollamos un nanocompuesto de bioesponja híbrida magnética de bajo costo, respetuoso con el medio ambiente y fácilmente biodegradable a partir de recursos renovables como el colágeno y la celulosa (fibra de celulosa-colágeno Kenaf, KFCC). Lo cargamos con NP bimetálicas magnéticas Fe3O4@TiO2 (BFT) para producir un material fotocatalizador (KFCC-BFT) para el tratamiento de aguas residuales coloreadas, así como un sorbente para la separación de agua y petróleo. La caracterización de las NP bimetálicas de BFT mediante XRD, HRTEM y VSM mostró la deposición de partículas de TiO2 sobre la superficie de Fe3O4 con un espaciado entre capas de red de 0,24 y 0,33 nm para Fe3O4 y TiO2, respectivamente, con propiedades ferromagnéticas. El resultado de los espectros de reflectancia difusa UV-vis indicó que la energía de la banda prohibida de las bioesponjas disminuye con el aumento del resto bimetálico. La eficiencia fotocatalítica de la bioesponja híbrida magnética preparada en la degradación del tinte violeta cristal fue de hasta el 91,2% en condiciones de luz visible y del 86,6% bajo exposición directa a la luz solar. Además, la bioesponja híbrida magnética se utilizó para separar el aceite de motor del agua (> 99%) y tenía una alta capacidad de sorción de aceite de 46,1 g/g. La investigación del rendimiento de reciclabilidad y reutilización durante 9 ciclos reveló que la bioesponja tenía una alta capacidad de sorción durante hasta 5 ciclos. Nuestros resultados sugieren que el nanocompuesto híbrido BFT soportado por biopolímeros es un fotocatalizador rentable y fácilmente biodegradable y tiene un gran potencial para aplicaciones de remediación ambiental en el campo real.

La contaminación ambiental, predominantemente la contaminación del agua, es actualmente una importante amenaza mundial que impone graves peligros a la salud humana y de los ecosistemas. La contaminación del agua es una grave preocupación para todas las partes interesadas, incluida la sociedad, las autoridades públicas y las industrias1. El rápido desarrollo de industrias como la textil, el cuero, la pintura, el papel, la imprenta y el plástico, así como la del petróleo y el gas en alta mar, provoca un aumento de los vertidos de diversos contaminantes al agua2. Uno de los contaminantes más comunes son los contaminantes orgánicos como colorantes orgánicos, agroquímicos, fenoles, cosméticos, desechos farmacéuticos y petroquímicos, que son muy peligrosos para los organismos acuáticos y dañan ecosistemas enteros debido a la reducción de la cantidad de oxígeno disuelto en el agua en su proceso de descomposición oxidativa3,4. Entre varios contaminantes orgánicos, los colorantes solubles y los aceites insolubles están causando graves daños al ecosistema. Los tintes sintéticos son los más utilizados en la industria y están compuestos por moléculas poliaromáticas que contienen uno o más enlaces azo N=N–) que dan color permanente a los materiales. La aplicación de tintes sintéticos es diversa, desde la industria textil y de pinturas hasta la industria del cuero5,6,7. Los colorantes sintéticos no utilizados presentes en el agua son tóxicos, cancerígenos y mutagénicos y pueden afectar el medio ambiente acuático y a los seres humanos, incluso en bajas concentraciones5,6. Es un desafío eliminar completamente los contaminantes de color del agua utilizando técnicas tradicionales de tratamiento de aguas residuales, como la absorción y la oxidación8,9.

En general, los efluentes que contienen contaminantes solubles, sólidos, coloides, materia orgánica y minerales se eliminan mediante diversas técnicas físicas, químicas y/o biológicas10. Para la eliminación de contaminantes orgánicos de efluentes contaminados, son populares las técnicas convencionales de tratamiento de agua como flotación por aire, precipitación, coagulación, oxidación, adsorción, intercambio iónico, filtración por membrana, etc.11,12. Cada método de tratamiento tiene sus propias ventajas y limitaciones, como costos operativos, eficiencia, funcionalidad, confiabilidad, impresión ecológica, requisitos posteriores al tratamiento y también la creación de lodos y subproductos tóxicos. Para la degradación intensa, fotocatalítica se ha considerado un enfoque eficaz y avanzado para eliminar los colorantes de las aguas residuales debido a sus ventajas, como el bajo costo, la degradación no selectiva y el funcionamiento con tecnología de separación convencional sin contaminación secundaria adicional13. Entre los diferentes fotocatalizadores semiconductores desarrollados para la eliminación de contaminantes orgánicos en aguas residuales, las nanopartículas (NP) de TiO2 se han utilizado ampliamente debido a su no toxicidad, su bajo costo y disponibilidad, su excelente estabilidad química y térmica, su alta actividad catalítica y sus excelentes propiedades portadoras14,15. ,dieciséis. Sin embargo, las NP de TiO2 tienen algunos inconvenientes que restringen sus usos reales en el campo como fotocatalizadores para el tratamiento de aguas residuales, incluida la aglomeración, la alta tasa de recombinación de los pares electrón-hueco fotogenerados y la difícil recuperación debido a los tamaños de partículas más pequeños17,18,19. Además, la energía intrínseca de banda prohibida grande (3,23 eV) limita el uso de NP de TiO2 para aplicaciones de irradiación solar20. Las NP bimetálicas Fe3O4@TiO2 (BFT) se han investigado exhaustivamente para superar el problema de separación o recuperación del TiO221. Los fotocatalizadores magnéticos basados ​​en NP de Fe3O4 proporcionan un método practicable en el campo real para recuperar partículas magnéticas de los medios de reacción, así como una posible reutilización del catalizador. Además, las NP magnéticas de Fe3O4 tienen un magnetismo superior, una excelente compatibilidad, una baja citotoxicidad a pesar de la alta carga y pueden acelerar la transferencia de electrones fotoinducidos entre (Fe3+, Fe2+) para aumentar la actividad fotocatalítica del TiO222,23.

La contaminación del agua por derrames de petróleo puede ocurrir durante el proceso de actividad costa afuera por accidentes que involucran camiones cisterna, barcazas, oleoductos, refinerías, operaciones de perforación e instalaciones de almacenamiento. Los derrames de petróleo en las masas de agua no sólo destruyeron organismos acuáticos como aves marinas, mamíferos, algas, etc., sino que también la arena de la costa quedó gravemente contaminada. Después de un gran derrame de petróleo, los efectos en los ecosistemas y las economías pueden durar décadas, lo que convierte el problema de la separación de petróleo y agua en un desafío global24,25,26,27. Se pueden utilizar varios métodos para controlar y erradicar las fugas de petróleo del agua, como la floración de petróleo o la floración de contención, que es un método de barrera flotante temporal que se utiliza para contener el petróleo, un desnatador que utiliza agentes desnatadores para extraer el petróleo de la superficie del agua, in situ. quema para eliminar las manchas de petróleo en la superficie del agua, dispersantes químicos para romper la emulsión petróleo/agua y sorbentes físicos para absorber el petróleo. Entre los métodos antes mencionados para la separación de petróleo/agua, los sorbentes físicos han ganado especial atención entre los investigadores y las comunidades industriales debido a su baja densidad, material altamente poroso en 3D (esponjas o aerogeles), gran superficie, rugosidad de la superficie, tortuosidad, reciclabilidad y eliminación completa. y ausencia de contaminación secundaria28,29,30,31. Por lo tanto, lo ideal es un método fotocatalítico eficaz para la eliminación de tintes y aceites de las aguas residuales.

En los últimos años, la celulosa nativa y la nanocelulosa de origen natural se han utilizado ampliamente en la investigación como materiales renovables y sostenibles para la preparación de esponjas absorbentes adecuadas para la fotodegradación de contaminantes orgánicos y la separación de emulsiones de aceite/agua. Debido a sus numerosas características beneficiosas, como renovabilidad, biodegradabilidad, peso ligero, gran superficie, buena resistencia mecánica, estabilidad térmica y no toxicidad, la celulosa extraída de la fibra lignocelulósica se utiliza frecuentemente como material de relleno o refuerzo para la preparación de compuestos, papel e industrias textiles, automóviles y biomateriales de andamios 3D. Se han fabricado esponjas de celulosa superhidrófobas y superhidrófilas/superoleófobas para la separación de aceite/agua26,28,29. En la misma tendencia de preparar materiales avanzados de base biológica, el colágeno, que es un subproducto residual de la industria del cuero, se ha utilizado recientemente para la preparación de esponjas absorbentes para el tratamiento de aguas residuales. Se han preparado biomateriales a base de colágeno para diversas aplicaciones, incluidos soportes para ingeniería de tejidos32,33,34 soportes de bioingeniería para la curación sin cicatrices de quemaduras profundas35, realización de aerogeles híbridos36 y remediación con agua6 debido a su amplia disponibilidad, alta biocompatibilidad y biodegradabilidad. Cada año, las industrias del cuero eliminan al medio ambiente una gran cantidad de residuos que contienen colágeno, por lo que preparar materiales de base biológica rentables y respetuosos con el medio ambiente a partir de residuos de cuero es muy factible y viable.

En este documento, se preparó un nanocompuesto híbrido que comprende matrices biopoliméricas de celulosa y colágeno incrustadas con NP bimetálicas Fe3O4@TiO2 con propiedades multifuncionales para aplicaciones de remediación ambiental. Las NP bimetálicas magnéticas Fe3O4@TiO2 se sintetizaron mezclando las NP Fe3O4 presintetizadas con precursor de titanio seguido de reducción química. La celulosa se extrajo de las fibras de Kenaf (fibra de celulosa de Kenaf, KFC), mientras que el colágeno se extrajo de los desechos de recortes de cuero de vaca y se combinó para formar una matriz de fibra de celulosa y colágeno de Kenaf (KFCC). La combinación de BFT con KFCC produjo una esponja nanocompuesta de fibra de celulosa y colágeno Kenaf de base biológica incorporada con NP de BFT (KFCC-BFT), que se caracterizó por sus propiedades estructurales y funcionales y se estudió más a fondo para aplicaciones de remediación de aguas residuales.

La fibra de kenaf se extrajo del árbol kenaf (cultivado tradicionalmente por los agricultores para fabricar cuerdas con las que atar montones de arroz después de la cosecha para su almacenamiento) recolectado en la aldea de Issakaha, en la región de Korhogo, Costa de Marfil. Todos los experimentos con plantas cumplieron con las directrices y la legislación institucionales, nacionales e internacionales pertinentes. Se compraron pieles recién desolladas en el matadero local de Chennai, India. Los desechos de recortes de cuero de vaca en bruto se recolectaron de la unidad de procesamiento de cuero del CSIR-Central Leather Research Institute, Chennai, India. El polvo de piel se preparó a partir de desechos de recortes de cuero de vaca crudo y se trató mediante el proceso convencional para eliminar el pelo y la carne no deseados según nuestro informe anterior37. Todos los productos químicos eran de calidad analítica y se utilizaron sin ninguna purificación adicional. Los productos químicos utilizados fueron hidróxido de sodio (SD Fine Chem Limited, 98%), clorito de sodio (LOBA Chemie, 80%), sulfito de sodio anhidro (EMPARTA, 98%), ácido acético (SRL, 99,9%), acetona (SD Fine Chem Limited ), ácido cítrico, isopropóxido de titanio (IV) (Sigma Aldrich, 97%), sulfato de hierro (II) (SD Fine Chem Limited, 99%), sulfato de hierro (III) (SD Fine Chem Limited, 75%), amoniaco ( Rankem), isopropanol (Qaligens, 70%), etanol (Hayman, 100%) y ácido nítrico (SD Fine Chem Limited, 69–72%).

Las fibras de kenaf se secaron y cortaron en trozos pequeños. Se hirvieron 20 g de fibras secas con 300 ml de NaOH al 6% (p/v) durante 1 h. Las fibras pretratadas se lavaron y trituraron en una mezcladora de laboratorio durante 3 minutos para producir fibras similares a pulpa. Luego, se llevó a cabo el proceso de deslignificación blanqueando las fibras tipo pulpa con 300 mL de clorito de sodio al 0,7% (p/v) a pH 4, ajustado con ácido acético al 5% y hervido durante 3 h. El residuo de fibra parcialmente libre de lignina se lavó con agua destilada hasta alcanzar un pH neutro. El residuo de fibra neutralizada se hirvió con 300 ml de sulfito de sodio al 5% (p/v) durante 5 h para eliminar la lignina por completo y parcialmente la hemicelulosa. La holocelulosa obtenida se hirvió con 300 ml de solución de hidróxido de sodio al 17,5% (p/v) durante 5 h para eliminar las hemicelulosas. La celulosa aislada se lavó con agua destilada hasta pH neutro y se secó al aire38.

Las NP de Fe3O4 se sintetizaron mediante el método de coprecipitación. Brevemente, se agitaron 250 ml del matraz Erlenmeyer que contenía 100 ml de FeCl3 0,1 M y 100 ml de FeSO4.7H2O 0,05 M durante 30 min a 60 °C. Luego, se añadió gota a gota 25% de solución de amoníaco hasta que el pH alcanzó 10, dando lugar a un precipitado de color amarillo oscuro. Las NP de Fe3O4 obtenidas se lavaron minuciosamente con agua destilada hasta pH neutro y se separaron mediante centrifugación durante 20 minutos a 10.000 rpm. Las NP purificadas se secaron en un horno de aire caliente a 100 °C durante 8 h y se calcinaron a 500 °C durante 2 h en un ambiente de nitrógeno.

Para la síntesis de NP de TiO2 utilizando el método sol - gel, se agregaron 5 ml de isopropóxido de titanio (IV) a 20 ml de etanol y la mezcla se agitó a 500 rpm a 60 °C durante 30 min. Luego se añadió gota a gota una mezcla de 20 mL de etanol/agua (1:1) y 2 mL de HNO3 (72%). La mezcla resultante se agitó a 1000 rpm durante otras 3 h a 100 °C para formar un gel. El producto obtenido se centrifugó a 10.000 rpm durante 20 min. El sedimento recogido se lavó con agua destilada y luego con etanol y se mantuvo a 100 °C en un horno de aire caliente durante 8 h y se calcinó a 500 °C durante 2 h en un ambiente de nitrógeno.

Las NP bimetálicas magnéticas Fe3O4@TiO2 se sintetizaron mediante el método de reducción química. En este procedimiento, se disolvieron 5 ml de isopropóxido de titanio (IV) en 25 ml de isopropanol. Posteriormente, se agregaron 0,2 g de las NP de Fe3O4 presintetizadas con agitación vigorosa a 600 rpm durante 1 h a 80 °C. A esto, se le agregaron gota a gota 100 ml de solución de ácido cítrico 0,1 M con agitación continua a 300 rpm durante 3 h para producir un precipitado de color marrón (NP bimetálicas magnéticas Fe3O4@TiO2). Las NP magnéticas obtenidas se purificaron mediante centrifugación a 10.000 rpm durante 20 min, se lavaron con etanol y se mantuvieron a 100 °C en un horno de aire caliente durante 8 h y se calcinaron a 500 °C durante 2 h en un ambiente de nitrógeno.

La cantidad pesada de fibras orgánicas (colágeno y fibra de kenaf celulosa) en proporción 1:1 se disolvió en 90 ml de ácido acético glacial 0,5 M usando un homogeneizador (Ika, T25) a 4 °C durante 10 min. El% en peso de las NP magnéticas de BFT se calculó en función del peso de las fibras orgánicas y se fabricaron tres bioesponjas, a saber, KFCC, KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10, correspondientes a 0, 5 y 10% (peso/peso). ) de BFT en la mezcla. El BFT se sonicó utilizando Lark Probe Sonicator durante 2 minutos y se añadió a la mezcla orgánica de colágeno y celulosa. La mezcla se homogeneizó a 4 °C durante 1 h, se transfirió a placas de 12 pocillos y se mantuvo en un congelador (-40 °C) durante 2 h. Luego, los productos congelados se mantuvieron en un liofilizador (liofilizador Delvac) durante 24 h para obtener bioesponjas magnéticas híbridas KFCC-BFT.

La actividad fotocatalítica de las bioesponjas híbridas se investigó analizando la degradación del tinte violeta cristal (CV) soluble en agua bajo luz visible e irradiación solar en condiciones ambientales. La concentración inicial de CV es 2,5 × 10−5 mol/L. La reacción de fotodegradación se llevó a cabo en un vaso de vidrio de 100 ml que contenía 30 ml de colorante CV. Antes de la reacción de fotodegradación, el vaso de vidrio que contenía 30 ml de tinte CV y ​​bioesponja se agitó durante 30 minutos en la oscuridad para establecer el equilibrio de adsorción-desorción. Luego, la solución se irradió usando 200 W Hg (Xe) con una lámpara de presión media (66,454 Newport Oriel Instrument) a temperatura ambiente o se expuso directamente a la luz solar a temperatura ambiente durante 180 min a pH neutro. El vaso de vidrio que contenía la muestra se mantuvo a 20 cm de la fuente de luz durante los procedimientos de irradiación. A intervalos regulares de 10 minutos, se tomaron muestras de hasta 1 ml para examen UV-visible.

La adsorbencia de aceite del nanocompuesto se determinó según el método ASTM: F726-1239. Se colocó una bioesponja seca pesada (m0) en un vaso de precipitados que contenía el exceso de aceite de motor usado y se dejó sumergir durante 15 minutos. Luego se retiró la esponja y se escurrió durante 2 min y se tomó el peso húmedo (m1). La adsorbencia del aceite como relación entre el aceite adsorbido y el peso de la esponja seca se calculó como se muestra a continuación.

Con m0 el peso seco inicial de la esponja, m1 el peso de la esponja al final de la prueba de aceite y m = (m1 − m0) aceite neto adsorbido. También se investigó el rendimiento de reciclabilidad y reutilización de la bioesponja híbrida de acuerdo con ASTM:F726-12 utilizando el método de centrifugación. La centrifugación se realizó a 5000 rpm durante 5 min a 25 °C. Además, la bioesponja se añadió a una placa de Petri que contenía un exceso de agua destilada y 0,5 g de aceite de motor usado para probar la capacidad de la esponja para absorber aceite de una mezcla de aceite y agua y rastrear la esponja en un campo magnético. Con la ayuda de un imán potente, la esponja se movió a través de la placa de Petri durante 15 minutos para adsorber el aceite. Luego, se retiró la esponja, se escurrió durante 2 minutos y se exprimió el aceite adsorbido. Se tomaron fotografías digitales durante cada etapa del proceso.

La estructura cristalina de las NP de TiO2, Fe3O4 y BFT se examinó utilizando un difractómetro de escritorio Rigaku Miniflex (II) con una fuente de radiación Cu Kα filtrada con Ni (λ = 1,5418 nm) en el rango angular de 20° a 80° a una velocidad del goniómetro de 5 °C/min a temperatura ambiente. Para identificar la fase de las muestras, los resultados de XRD se cargaron en el software del Comité Conjunto de Estándares de Difracción de Polvo (JCPDS) y se generó el informe. El tamaño d promedio de los cristalitos de las NP se determinó utilizando la ecuación de Debye-Scherrer.

donde k representa la constante (0,89), λ representa la longitud de onda de los rayos X (1,5418 nm), β denota el ancho total en la mitad del máximo del pico de difracción y θ es el ángulo de Bragg. Las mediciones de dispersión dinámica de la luz (DLS) de las NP preparadas se analizaron utilizando Zetasizer Nano ZS, serie ZEN 3600, Malvern Instruments para obtener el tamaño de partícula. Los espectros UV-vis de las NP se obtuvieron utilizando un espectrofotómetro UV-visible (Shimadzu UV-1800). El espectro se tomó de 200 a 800 nm con un intervalo de exploración de 0,5 nm. Los espectros de reflectancia de difusión UV-vis (UV-vis DRS) de NP bimetálicas y bioesponjas se obtuvieron en un espectrofotómetro UV-Vis-NIR (tecnologías Agilent) para determinar la energía de la banda prohibida.

Las morfologías de las muestras se examinaron con un microscopio electrónico de barrido por emisión de campo (FESEM, TESCAN, modelo CLARA, República Checa) equipado con espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDX). Para el análisis de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM, JEOL JEM 3010) de NP de BFT, se dispersaron 5 µl de la muestra en 1 ml de etanol de grado HPLC usando sonicación en baño de agua durante 30 minutos y se recubrieron 20 µl de las NP dispersas sobre la superficie. rejilla de cobre y secar a temperatura ambiente. La muestra se observó a un voltaje de 200 kV utilizando un filamento LaB6. Para analizar las composiciones de la superficie de los nanocompuestos, se realizó espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) utilizando el ESCALAB 250 xi, Thermo Scientific. Mientras que el tamaño y el diámetro de los poros se determinaron mediante el método de Barrett-Joyner-Halenda (BJH), el área de superficie se estimó mediante la teoría de Brunauer-Emmett-Teller (BET). El análisis espectroscópico infrarrojo transformado de Fourier (FT-IR) se llevó a cabo utilizando un espectrómetro Jasco (Modelo No-4700) para las muestras extraídas de celulosa, colágeno y bioesponja sintetizada. La humectabilidad de la superficie de las esponjas se caracterizó por el ángulo de contacto con el agua y el ángulo de contacto del aceite (hexadecano) con una gota de 5 µL. Las medidas se obtuvieron con un medidor de ángulos de contacto (Holmar, serie HO-IAD-CAM-01) a temperatura ambiente. Las propiedades magnéticas de BFT, KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10 se midieron a temperatura ambiente utilizando un magnetómetro de muestra vibratorio (VSM, Lakshore VSM 7410S).

La Figura 1 muestra los patrones XRD de las NP sintetizadas. Los picos de difracción en ángulos 2θ de 25,4°, 37,8°, 48,1°, 54,1°, 55,3°, 62,9°, 68,7°, 70,5° y 75,3° se pueden asignar a (101), (004), (200 ), (105), (211), (204), (116), (220) y (215) planos cristalinos de la fase anatasa TiO2 (JCPDS No.021-1272)40. Las NP de magnetita exhiben picos de difracción en ángulos 2θ de 30,2°, 35,6°, 43,3°, 53,7°, 57,5°, 62,9° y 74,5° correspondientes a (220), (311), (400), (422), ( 511), (440) y (533) planos cristalinos de la fase cúbica Fe3O4 (JCPDS No. 65-3107)41. Los picos de cristalinidad agudos e intensos en ángulos 2θ de 25,4 ° y 35,6 ° correspondientes a los planos (101) y (311) de TiO2 y Fe3O4, respectivamente, están presentes en el patrón de difracción de las NP magnéticas de BFT junto con todos los demás picos de ambos. las nanopartículas. El tamaño de los cristalitos de Fe3O4 y TiO2 se calculó como 24 y 15 nm, respectivamente, utilizando la fórmula de Scherrer como se indica en la ecuación. 2. Además, el valor de espaciado entre planos se calculó en 0,25 y 0,34 nm, lo que resultó del intenso pico del plano Fe3O4 (311) y del plano TiO2 (101), respectivamente. Sin embargo, es interesante observar que la intensidad de los picos correspondientes al Fe3O4 es menor que los del TiO2. Esto podría deberse a la mayor cantidad de TiO2 presente en las NP bimetálicas en comparación con el Fe3O4.

Difractogramas de rayos X de las nanopartículas sintetizadas, a saber (a) TiO2, (b) Fe3O4 y (c) BFT magnético.

HRTEM investigó la morfología de las NP magnéticas de BFT. La Figura 2a muestra NP de Fe3O4 dispersas aleatoriamente recubiertas con NP de TiO2. El resultado sugiere que las NP magnéticas de BFT están en forma agregada en contacto entre sí en lugar de las configuraciones típicas de núcleo-capa. Las partículas de Fe3O4 y TiO2 presentes en las NP bimetálicas parecen tener un tamaño del orden de 20 a 25 nm, aunque están en agregados en contacto. El rango de tamaño de partícula observado aquí es comparable al tamaño de cristalito prístino de Fe3O4 y TiO2 NP obtenido a partir de datos de XRD. La imagen HRTEM (Fig. 2b) indica que el espacio entre capas de la red de Fe3O4 y TiO2 es de 0,24 y 0,33 nm, coincidiendo respectivamente con los planos (311) y (101) de los respectivos óxidos, como lo revelan los patrones XRD42. El tamaño promedio de partícula de NP de TiO2, NP de Fe3O4 y NP de BFT sin calcinar medido a través de DLS es 41, 250 y 391 nm, respectivamente, como se muestra en la Figura S1. Después de la calcinación a 500 °C durante 2 h, parece que las NP de BFT se aglomeraron con el aumento del tamaño de partícula a 703 nm. En general, el tamaño de partícula observado por DLS es mucho mayor que los valores obtenidos por XRD y HRTEM debido a la interacción de las moléculas de agua en la superficie NP durante la medición DLS. Los espectros de absorción UV-Vis de NP prístinas de TiO2, Fe3O4 y BFT se muestran en la Fig. 2c. La banda de absorción de las NP de TiO2 puro está en el rango de 300 a 350 nm, que se encuentra en la región UV, mientras que las NP de magnetita Fe3O4 exhiben la banda de absorción a 350 a 450 nm entre las regiones UV y visible. Por el contrario, cabe señalar que las NP de BFT se caracterizan por una banda ancha entre 350 y 530 nm, que parece una absorción relativamente alta en la región visible (400 a 800 nm). La adición de un resto de magnetita induce un desplazamiento hacia el rojo en los bordes de absorción a una longitud de onda más larga en comparación con el TiO2 prístino. El Fe3O4 promueve el movimiento de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción, provocando así un cambio en la absorción de TiO2 en el rango de su respuesta fotocatalítica5,17.

( a ) Imágenes HRTEM de bajo y (b) aumento alto de las NP magnéticas de BFT. Los espaciamientos entre capas de red originados por los (101) planos cristalinos de TiO2 y (311) planos cristalinos de Fe3O4 son claramente observables en la imagen HRTEM de gran aumento. (c) espectros UV-vis de NP prístinas y BFT y (d) curvas MH de BFT10 (polvo Fe3O4@TiO2) y bioesponjas híbridas (KFCC-BFT5, KFCC-BFT10) analizadas utilizando VSM.

Las NP bimetálicas y las bioesponjas orgánicas-inorgánicas híbridas magnéticas se caracterizaron por su comportamiento magnético utilizando magnetización a temperatura ambiente mediante VSM. La Figura 2d muestra curvas típicas tipo S con magnetización de saturación perfecta que indica el comportamiento ferromagnético de las NP bimetálicas y las bioesponjas. En comparación con las NP de BFT puras (con una magnetización de saturación de 8,60 emu/g), los valores de magnetización de saturación de las bioesponjas se redujeron a 1,44 y 0,86 emu/g, respectivamente, para los nanocompuestos KFCC-BFT10 y KFCC-BFT5 en función de la dosis. del atún rojo. Los bucles de histéresis se muestran en las Figuras S2a y b. Se ve que tanto las NP de BFT puras como las bioesponjas exhiben una coercitividad de aproximadamente 118 Oe. Mientras que la magnetización remanente para las NP de BFT es de aproximadamente 1,4 emu/g y 0,16 y 0,24 emu/g para los nanocompuestos KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10, respectivamente, lo que se comporta de manera similar a la tendencia de magnetización de saturación.

El espectro FTIR de la celulosa extraída de la fibra de kenaf se muestra en la Fig. 3a. La banda a 3336 cm-1 se atribuye a la vibración de estiramiento O – H y al enlace de hidrógeno de los grupos hidroxilo. La banda a 2889 cm-1 es el pico característico de los alcanos que exhiben vibración de estiramiento C-H de CH y estiramiento asimétrico de CH2 en la columna vertebral de celulosa. La banda H – O – H que se une al agua adsorbida se observa a 1636 cm-1. El pico de absorción a 1341 cm-1 corresponde a la deformación del CH3. La banda intensa, centrada en 1031 cm-1, está asociada con los modos de estiramiento C-O de los grupos hidroxilo y éter en la celulosa. La banda a 900 cm-1 se puede atribuir a la presencia de enlaces β-glucosídicos y el pequeño pico a 666 cm-1 se asocia con la flexión fuera del plano C-OH. Es interesante observar la desaparición de los picos característicos a 1725 cm-1 y 1505 cm-1 correspondientes a la vibración de estiramiento C=O de los grupos acetilo en las hemicelulosas y al estiramiento C=C del anillo de benceno de la lignina, respectivamente. lo que indica la eliminación exitosa de estos componentes durante el proceso de extracción de celulosa.

Espectros FT-IR de (a) KFC, (b) Colágeno, (c) KFCC y (d) KFCC-BFT10.

El espectro FT-IR de colágeno prístino en la Fig. 3b muestra los picos característicos que incluyen la amida I (estiramiento C = O) a 1664 cm-1, la amida II (par de flexión N-H a vibración C-N) a 1546 cm-1. −1, la amida III (estiramiento C – N y flexión N – H) a 1244 cm −1, la amida A (estiramiento C – N y vibración flexión N – H) a 3343 cm −1 y la amida B (C – Estiramiento H) a 3081 cm-16. El espectro de bioesponjas de KFCC muestra (Fig. 3c) picos característicos tanto para el colágeno prístino como para la celulosa con pocos cambios en algunos picos. La banda ancha a 3343 cm-1 corresponde a la vibración de estiramiento N-H de la amida A de colágeno cambiada como una banda afilada y presente en la longitud de onda inferior de 3322 cm-1. Este resultado sugiere que el grupo N-H del colágeno puede estar involucrado en los enlaces de hidrógeno43. Curiosamente, los picos característicos del colágeno prístino correspondientes al grupo amida I cambiaron de 1664 a 1644 cm-1, de 1546 a 1536 cm-1 para el grupo amida II y el grupo amida III de 1244 a 1237 cm-1, por lo que , lo que indica un desplazamiento hacia el azul de 20 cm-1, 10 cm-1 y 7 cm-1, respectivamente. Estos cambios descendentes indican una posible interconexión de enlaces de hidrógeno entre los grupos N – H del colágeno y el grupo hidroxilo OH de la celulosa43.

En el espectro FTIR (Fig. 3d) de la bioesponja híbrida magnética KFCC-BFT10, podemos observar picos característicos clave de colágeno puro y celulosa. Mientras tanto, se observan nuevos picos en 549, 583 y 660 cm-1 correspondientes a la vibración de estiramiento Fe-O de los enlaces de magnetita Fe3O4, Ti-O y O-Ti-O, respectivamente5,12. La presencia de picos de enlaces de óxido en la bioesponja indica la incorporación exitosa de las nanopartículas metálicas en la esponja orgánica.

La morfología de la superficie de las bioesponjas (Fig. 4a – c) muestra una arquitectura esponjosa en forma de vaina de múltiples capas y una estructura de red porosa altamente vinculada cuando se sonda a través de FESEM (Fig. 4a – c). En las imágenes insertadas (5 μm) se muestra claramente que las bioesponjas híbridas (Fig. 4b yc) representan estructuras relativamente densas y compactas en comparación con la prístina bioesponja KFCC (Fig. 4a). Además, se puede ver en la Fig. 4c que las NP bimetálicas Fe3O4@TiO2 están firmemente ancladas a la superficie y al interior de las fibras de bioesponja, posiblemente a través de la interacción del enlace de hidrógeno con Fe-OH o Ti-OH25. En comparación con la bioesponja KFCC (Fig. 4d), las imágenes de mapeo EDX muestran que tanto elementos orgánicos (C, N, O) como inorgánicos (Ti, Fe) están presentes en las bioesponjas híbridas (Fig. 4e, F). Para investigar la composición elemental, se tomó una región seleccionada de la imagen SEM y se llevó a cabo el análisis espectral EDX. Los resultados de los espectros EDX que se muestran en las Figuras S3a-c confirman la presencia de Fe y Ti en los nanocompuestos KFCC-BFT. La presencia de picos de C, N y O indica los elementos principales del KFCC (fibra y colágeno de Kenaf) como se muestra en la Figura S3a. Como puede verse, la intensidad de los picos de Fe y Ti es mayor en el nanocompuesto KFCC-BFT10 (Figura S3c) en comparación con KFCC-BFT5 (Figura S3b) correspondiente a la dosis de BFT. No hubo otros picos en los espectros que puedan atribuirse a contaminantes. Estos hallazgos demuestran la alta adhesión de las nanopartículas bimetálicas basadas en Fe y Ti a la superficie del KFCC.

Las imágenes FESEM de bioesponjas e insertos sintetizados (a) KFCC, (b) KFCC-BFT5 y (c) KFCC-BFT10 muestran esponjas KFC-BFT5 y KFC-BFT10 magnificadas a una escala de 5 μm. Micrografías de mapeo elemental de bioesponjas KFCC (d) sintetizadas, (e) KFCC-BFT5 y (f) KFCC-BFT10.

Se empleó la técnica de adsorción-desorción de N2 para investigar el tamaño de los poros, el diámetro de los poros y el volumen de los poros de la bioesponja KFCC-BFT10. Como se muestra en la Fig. 5a, la bioesponja KFCC-BFT10 exhibió un bucle de histéresis característico en la isoterma de adsorción-desorción. Según la clasificación IUPAC, la isoterma de adsorción-desorción de N2 de la bioesponja KFCC-BFT10 muestra un patrón de isoterma tipo IV con bucle de histéresis H3, lo que significa que la bioesponja KFCC-BFT10 pertenece a un material mesoporoso típico. La bioesponja KFCC-BFT10 posee una superficie específica de 40,9 m2/g según Brunauer-Emmett-Teller (BET). La distribución del tamaño de los poros de la bioesponja KFCC-BFT10 (Fig. 5b) muestra dos máximos. Un pico muy estrecho a 2,2 nm y una distribución amplia del tamaño de los poros de 3 a 6 nm indican una distribución bastante amplia de los poros. La bioesponja KFCC-BFT10 preparada muestra un volumen de poros de 0,042 cm3/g (Fig. 5c). La alta área superficial y el volumen de poros obtenidos pueden proporcionar sitios superficiales adecuados para una mayor actividad fotocatalítica y sorción de aceite.

(a) Gráfico BET (isoterma de adsorción-desorción de N2) para la bioesponja KFCC-BFT10, (b) Gráfico de distribución del tamaño de poro BJH para la bioesponja KFCC-BFT10. (c) Gráfico del volumen de poros BJH para la bioesponja KFCC-BFT10.

La composición química y la estructura electrónica del fotocatalizador desarrollado se determinaron mediante espectros XPS. Los espectros de estudio XPS de la bioesponja KFCC, BFT y KFCC-BFT10 se ilustran en la Fig. 6a y los espectros de nivel central de Fe 2p y Ti 2p se muestran en las Fig. 6b-e. Como se puede ver en la Fig. 6a, los picos de Fe 2p, Ti 2p, C 1s, N 1s, O 1s y O 2s son visibles en los espectros de las prístinas bioesponjas BFT, KFCC y KFCC-BFT10. Estas composiciones elementales obtenidas para las nanopartículas, la matriz de biopolímero híbrido y los nanocompuestos mediante análisis XPS coinciden con los datos de FESEM - EDX y confirman además que las muestras están libres de impurezas. La prístina bioesponja BFT y KFCC-BFT10 mostró dos picos distintivos de Fe3+ 2p3/2 y Fe3+ 2p1/2 en los espectros de Fe 2p a 710,6 y 724,1 eV, respectivamente (Fig. 6b y c). Muestra que la forma predominante de especies de Fe en los nanocompuestos es el estado Fe3+. Además, las energías de unión a 713,7 y 718,4 eV en los espectros de Fe 2p de BFT puro podrían atribuirse al Fe3+ en la estructura de espinela y la energía de unión a 727,4 eV podría atribuirse al Fe3+ unido a un grupo hidroxilo. Sin embargo, la energía de enlace en los espectros de Fe 2p de la bioesponja KFCC-BFT10 cambia ligeramente a 713,4, 719,0 y 727,5 eV, respectivamente. Esto significó que en la bioesponja KFCC-BFT10, los electrones podrían tener más influencia hacia el Fe3+. En los espectros de nivel central de Ti 2p de la prístina bioesponja BFT10 y KFCC-BFT10 (Fig. 6d y e), se observan dos picos únicos a 458,4 y 464,3 eV, que se atribuyen a Ti 2p3/2 y Ti 2p1/2. , respectivamente, lo que indica que el titanio se presenta principalmente como Ti4+ en la forma anatasa TiO2. Esto coincide con nuestros datos XRD y también con varios valores de la literatura44,45. Así, se determina que el Fe en Fe3O4@TiO2 tiene un estado de oxidación + 3, mientras que el Ti está presente como tetravalente y por tanto tanto el Fe3+ como el Ti4+ se encuentran en forma de óxido y no en forma metálica pura. Los espectros XPS de nivel central de O 1 de bioesponjas prístinas BFT, KFCC y KFCC-BFT10 se muestran en la Fig. 7. El rango de energía de unión para el pico de O 1 es 528–534 eV. El oxígeno puede existir en dos estados moleculares diferentes, a saber, O2− y O2−, con valores de energía de enlace de aproximadamente 530 y 531,5 eV, respectivamente. Para la bioesponja KFCC y KFCC-BFT10, el pico de O 1s aparece en 530,7 y 531,5 eV, respectivamente. Este componente normalmente resulta del oxígeno superficial que no es estequiométrico o del OH del aire. El O2 superficial presente en los óxidos es responsable de la existencia de un pico a 532,2 eV. En el caso de BFT, se observan dos picos en los espectros a nivel central de O 1. El componente de baja energía de enlace observado a 529,7 eV se atribuye al óxido que forma O2-, mientras que el pico a 530,8 eV se asigna a OH-. Como se puede observar, los datos de XPS muestran que el hierro está presente en el estado químico de Fe3+ y el oxígeno está predominantemente en el estado de O2-, verificando así la formación de Fe2O3. En resumen, el elemento Fe en la bioesponja KFCC-BFT10 tiene una carga más positiva, lo que ayudaría en la regeneración de Fe3+ y, por lo tanto, podría estimular la reacción de degradación fotocatalítica.

( a ) Espectros de estudio XPS de la bioesponja KFCC, BFT y KFCC-BFT10. El nivel central de Fe 2p desconvolucionó los espectros XPS de (b) BFT y (c) KFCC-BFT10. El nivel de núcleo Ti 2p desconvolucionó los espectros XPS de (d) BFT y (e) KFCC-BFT10.

Espectros XPS desconvolucionados a nivel central de O 1 de (a) BFT, (b) KFCC y (c) bioesponja KFCC-BFT10.

También se investigó la energía de la banda prohibida de las bioesponjas preparadas. En la Fig. 8a, se ve que la energía de la banda prohibida del colágeno y las esponjas KFCC es similar alrededor de ~ 5,1 eV y mucho más alta que la de la bioesponja híbrida KFCC-BFT10, que es ~ 2,5 eV. Se ve que la energía de banda prohibida de la bioesponja sin nanopartículas bimetálicas es el doble de la energía de banda prohibida de KFCC-BFT10. La posible razón de la disminución de la energía de la banda prohibida podrían ser las interacciones efectivas de los enlaces Ti-O-Fe en la matriz KFCC5,17. Esta energía de banda prohibida reducida junto con la absorción desplazada al rojo en la región visible indica que la bioesponja híbrida KFCC-BFT10 puede excitarse bajo luz visible o iluminación solar directa para producir más pares de electrones y huecos para mejorar la actividad de degradación fotocatalítica de los contaminantes orgánicos. .

( a ) Espectros de reflectancia difusa UV-visible de bioesponjas de colágeno, KFCC, KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10. Ángulo de contacto con el agua de las bioesponjas híbridas (b) KFCC-BFT5 y (c) KFCC-BFT10.

Los ángulos de contacto con el agua de las bioesponjas híbridas se muestran en las figuras 8b y cyc y se lograron valores de ángulos de contacto con el agua relativamente altos después de la interacción con las nanopartículas bimetálicas. A medida que aumenta el porcentaje de NP bimetálico en la esponja, también aumenta el ángulo de contacto con el agua. Este hallazgo sugiere que las bioesponjas preparadas son razonablemente hidrófobas. Por otro lado, durante la medición del ángulo de contacto del aceite, la gota de aceite penetró rápidamente en las bioesponjas híbridas y no se pudo registrar el ángulo de contacto. Las pruebas de humectabilidad demuestran que las bioesponjas híbridas exhiben una humectabilidad selectiva hacia el agua y el aceite. Estas bioesponjas híbridas pueden absorber fácilmente el aceite y repeler el agua. El ángulo de contacto del agua para la esponja prístina de colágeno-celulosa (KFCC) no se pudo registrar porque la esponja absorbió inmediatamente la gota de agua debido a la propiedad hidrófila de la celulosa y el colágeno.

Se utilizaron bioesponjas preparadas para estudiar la degradación del tinte acuoso cristal violeta (CV) bajo luz visible y luz solar en presencia de H2O2. El peróxido de hidrógeno juega un papel vital en la degradación del CV mediante la generación de dos fuertes radicales hidroxilo (HO·)46,47,48. Vinosel et al.5 han descrito el mecanismo para la degradación de CV en presencia de NP bimetálicas magnéticas Fe3O4@TiO2. Como se ve en la Fig. 9a, la capacidad de adsorción de la bioesponja es la principal responsable de la eliminación de aproximadamente el 12,4%. del CV en 30 min en condiciones de oscuridad, lo cual se realizó hasta que se estableciera el equilibrio de adsorción. Se observa que la nitidez y la intensidad del pico de absorción máxima de CV a 590 nm disminuyeron con un tiempo de iluminación visible extendido seguido de un ligero cambio al azul para las muestras tratadas con bioesponjas KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10 (Fig. 9b y C).

Degradación fotocatalítica del cristal violeta con (a) KFCC-BFT10 en condiciones de oscuridad, (b) KFCC-BFT5 y (c) KFCC-BFT10 en irradiación con luz visible y (d) KFCC-BFT10 bajo irradiación con luz solar.

La eficiencia de degradación fotocatalítica del tinte CV bajo irradiación con luz visible es 85,4 y 91,2% para las bioesponjas KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10, respectivamente. Después de 1 h de irradiación (Fig. 10a), aproximadamente el 50% del tinte CV se ha degradado y más del 60% del tinte en el caso de la bioesponja KFCC-BFT10. El fotocatalizador de bioesponja híbrido KFCC-BFT10 muestra una mayor eficiencia de degradación del 91,2 % en comparación con el 86 % utilizando 500 mg de fotocatalizador en polvo puro Fe3O4@TiO2 en 500 ml de agua, según lo informado por Vinosel et al.5 Como se puede observar, KFCC-BFT10 La bioesponja exhibió una mayor capacidad de degradación debido al mayor contenido de BFT y, por lo tanto, estuvo sujeta a una degradación fotocatalítica bajo la exposición a la luz solar. Los resultados demuestran una degradación del 86,6% del tinte CV para la bioesponja KFCC-BFT10 bajo la luz solar (Fig. 9d). Como se muestra en la Tabla 1, la degradación fotocatalítica del fotocatalizador de bioesponja KFCC-BFT10 sintetizado en este estudio es comparable a otros fotocatalizadores reportados de manera similar con la ventaja adicional de la fácil biodegradabilidad del soporte del fotocatalizador. La mejor degradación fotocatalítica obtenida con la bioesponja KFCC-BFT10 puede explicarse por la estructura macroporosa 3D y el comportamiento de flotabilidad (baja densidad ~ 9 mg.cm-3), que proporcionan al fotocatalizador la capacidad de facilitar la actividad de oxigenación fotocatalítica en el aire. –interfaz de agua con fotones inducidos altos y mayor interacción entre el catalizador de NP magnético híbrido y el tinte CV debido a la presencia de BFT en la superficie, así como en las capas internas del soporte de bioesponja.

(a) Tasa de degradación del tinte violeta cristal en función del tiempo. (b) Capacidad de absorción de aceite de la bioesponja y (c) Fotografías digitales que demuestran la eliminación de aceite utilizando la bioesponja híbrida de la mezcla de aceite y agua. (d) Reciclabilidad de la bioesponja híbrida para la eliminación de aceite.

Para evaluar la característica de rendimiento absorbente de la bioesponja como material de base biológica, fácilmente biodegradable y ecológico para la eliminación de derrames de petróleo (Fig. 10b-d), se investigó la capacidad de adsorción de petróleo. En la Fig. 10b, se ve claramente que ambas bioesponjas híbridas exhiben una mayor capacidad de adsorción de 41,4 y 46,1 g/g para las bioesponjas KFCC-BFT5 y KFCC-BFT10, respectivamente, en comparación con la bioesponja KFCC (37,2 g /gramo). Esta alta capacidad de adsorción de la esponja híbrida puede corroborarse por su estructura de red macroporosa 3D y su hidrofobicidad. Una ventaja adicional de la bioesponja híbrida magnética desarrollada es la capacidad de seguir el movimiento de la esponja en la superficie de una emulsión de aceite y agua bajo un campo magnético (Fig. 10c). Está bien establecido que la capacidad de sorción de aceite de un sorbente se rige principalmente por algunas propiedades físicas de sorción, como el efecto capilar debido a la estructura porosa, las fuerzas de van der Waals y las interacciones hidrofóbicas entre el sorbente y los aceites54, y en el presente caso El seguimiento bajo el campo magnético se considera un factor adicional que controla la capacidad de adsorción del sorbente.

La reciclabilidad y reutilización del sorbente después de la eliminación del aceite es un aspecto importante a considerar durante la evaluación de las características de rendimiento de un adsorbente, como la capacidad de adsorción después de repetir ciclos de adsorción-eliminación y la gestión de residuos del sorbente después de su uso en el medio ambiente. Las esponjas preparadas son ecológicas y fácilmente biodegradables, por lo que la gestión de residuos después de su uso se puede realizar de forma natural sin causar ningún daño a los seres humanos ni al medio ambiente. Los datos de reciclabilidad y reutilización revelan que la bioesponja híbrida exhibe una alta capacidad de sorción incluso después de 5 ciclos, mostrando solo una pequeña disminución de 46,1 g/g a alrededor de 40 g/g, después de lo cual la eficiencia de sorción de aceite disminuye hasta alrededor de 30 g. /g y permanece relativamente constante hasta 9 ciclos (Fig. 10d). Durante el reciclaje, se ha observado que la bioesponja híbrida todavía contiene aceite atrapado, lo que la convierte en un material pegajoso, muy compacto y denso después de la centrifugación. Después de cada ciclo, la esponja se sumergió en solución de etanol 2 veces durante 1 h, se liofilizó y se liofilizó durante 24 h. La Figura 10c muestra que el aceite adsorbido se puede eliminar fácilmente exprimiéndolo y solo queda una pequeña cantidad de aceite en el nanocompuesto KFCC-BFT10. El nanocompuesto KFCC-BFT10 podría separarse fácilmente de la mezcla de aceite y agua con unas pinzas y usarse para la siguiente ejecución, lo que demuestra su potencial para aplicaciones de eliminación de aceite con reciclabilidad.

En resumen, se fabricó una bioesponja magnética a base de colágeno y celulosa fácilmente biodegradable cargada con NP bimetálicas Fe3O4@TiO2 con alta potencia para eliminar tintes y aceites. El análisis de morfología estructural realizado por HRTEM no reveló ninguna estructura núcleo-capa, sino la deposición de nanopartículas de TiO2 sobre la superficie de nanopartículas de magnetita Fe3O4. A partir de la medición de la magnetización a temperatura ambiente, se encuentra que el valor de magnetización de saturación de la bioesponja disminuyó en comparación con el valor de las NP BFT puras y los bucles de histéresis con una curva tipo S que indica el comportamiento ferromagnético de las nanopartículas bimetálicas y la bioesponja. La morfología de la bioesponja híbrida magnética mostró una red de interconexión macroporosa 3D con las NP de BFT unidas a la superficie y el interior de la red fibrosa de colágeno-celulosa como se visualiza a través de HRSEM. Las pruebas de humectabilidad demostraron que la incorporación de NP bimetálicas mejoró la hidrofobicidad y rugosidad de las bioesponjas híbridas. La bioesponja preparada exhibió una alta actividad de fotodegradación mediante la eliminación del tinte violeta cristal hasta un 91,2 y un 86,6% bajo luz visible e irradiación solar directa, respectivamente. También se demuestra que se logró una alta capacidad de sorción de aceite de 46,1 g/g y que el biosorbente se puede reciclar y reutilizar hasta en 9 ciclos. Según los resultados, la bioesponja híbrida magnética preparada tiene una doble capacidad potencial en la remediación de aguas residuales para la eliminación de tintes y la gestión de derrames de petróleo, lo que sugiere una aplicación fotocatalítica eficaz impulsada por luz visible a escala industrial.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.

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La EFA reconoce al CSIR por otorgar la beca postdoctoral TWAS (CSIR-TWAS). SN reconoce al CSIR por otorgar una beca de investigación senior. Los autores agradecen a CSIR-CLRI por el apoyo financiero a través del proyecto MLP02 sobre “Colágeno y otros materiales innovadores basados ​​en proteínas para aplicaciones heterogéneas”. Los autores agradecen al ICP, CSIR-CECRI por proporcionar la función de caracterización de XPS. Los autores agradecen a CLRI-CATERS por las instalaciones de análisis. Número de comunicación CSIR-CLRI 1795.

Laboratorio de Materiales Avanzados, CSIR-Instituto Central de Investigación del Cuero (CSIR-CLRI), Sardar Patel Road, Adyar, Chennai, 600 020, India

EF Assanvo, S. Nagaraj y P. Thanikaivelan

Laboratorio de Termodinámica y Fisicoquímica Ambiental, UFR SFA, Universidad Nangui Abrogoua, 02 BP 801, Abidjan 02, Costa de Marfil

EF Assanvo & D. Boa

Universidad de Madrás, Chepauk, Chennai, 600005, India

S. Nagaraj y P. Thanikaivelan

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La EFA ejecutó los principales experimentos. EFA y SN escribieron el texto principal del manuscrito y prepararon todas las figuras. PT diseñó el trabajo y editó el manuscrito. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a P. Thanikaivelan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Assanvo, EF, Nagaraj, S., Boa, D. et al. Bioesponjas magnéticas híbridas de colágeno, celulosa y Fe3O4 @ TiO2 derivadas de desechos de piel de animales y fibras de Kenaf para la remediación de aguas residuales. Representante científico 13, 13365 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40520-y

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Recibido: 06 de enero de 2023

Aceptado: 11 de agosto de 2023

Publicado: 17 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40520-y

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